Lucas Lima foi buscado no Inter de Limeira para a as categorias de base do Inter. Estreou no Gauchão de 2012, contra o Avenida. A tônica daquele ano para o meio-campista foi igual.
Entrava em algumas partidas, começava como titular em outras, mas só jogou 90 minutos por duas vezes. Em um ano com desfalques por convocações de Oscar e Leandro Damião para a Seleção, Dorival Junior, técnico à época, lançou alguns jovens, caso de Lucas Lima.
Depois de Dorival, vieram Fernandão — com quem mais jogou — e Dunga, mas seu espaço se resumia ao Inter B. O jogador não conseguia se firmar no time titular e no profissional.
Em 2013, então com 23 anos, o meio-campista foi emprestado para o Sport. Lá, teve mais chances, disputando 47 partidas, assim conseguiu mostrar suas qualidades. Foi, inclusive, considerado o melhor jogador do Pernambucano e da Série B em sua passagem pelo Recife.
Depois dessa boa temporada no Sport, ainda vinculado ao Inter, foi contratado pelo Santos pelo valor de R$ 5 milhões no começo de 2014. No litoral paulista, viveu seu momento de maior destaque, se tornando um dos principais jogadores do elenco santista. Com a camisa do clube paulista, chegou até a Seleção, sendo convocado para Copa América 2016.
Depois da temporada de 2017, se transferiu para um dos principais rivais do Santos ao assinar com o Palmeiras. Desde 2018, tem vivido momentos de altos e baixos com a camisa alviverde. Apesar disso, conquistou o Brasileirão de 2018, sob o comando de Felipão. Atualmente, com 29 anos, vinha sendo titular em grande parte das partidas em 2020.
